无创估测单心室患者腔肺分流术前后心功能的新进展

吴力军，孙 锟

（上海交通大学医学院附属新华医院超声中心，上海 200092）

单心室是一种比较少见的紫绀型先天性心脏病，是指一个心室接受经两组或共同房室瓣两侧大部分心房血液。Van Praagh等根据残余心腔的位置将其分为左室型单心室、右室型单心室、共同心室、不定型单心室四型。单心室主心腔同时接受腔静脉及肺静脉大部分血流，造成容量负荷增加；同时承担体、肺两个循环的负荷，造成压力负荷增加；由于心腔容量和压力的超负荷可导致心腔变形，收缩和舒张功能低下。早期行腔-肺分流术可减轻心脏的容量负荷，有可能改善患者的心功能；腔肺分流术后近期效果较好，但中远期效果较差，分析认为可能与心功能不全有关[1-2]。因此，对单心室患者腔肺分流术前后的心功能变化进行评估十分重要。

心血管造影是诊断先天性心脏病的金标准，可以应用心腔内峰值压力变化率（dp/dt）等指标来估测单心室患者的心功能，但该技术具有创伤性、放射性，复查随访不方便，临床应用受限[3]。超声心动图技术具有无创、简便等优点，广泛用于心功能的评估。核磁共振在目前的医学影像设备中分辨率最高，可用来估测心功能。随着心胸外科技术的发展，进行腔肺分流术患者逐渐增多，无创估测单心室患者手术前后心功能的研究较多，本文对应用超声心动图、核磁共振技术无创估测单心室患者腔肺分流术前后心功能的研究新进展综述如下。

1 根据超声心动图技术进行估测

1.1 心肌工作指数（Myocardial performance index，MPI）

1995年日本学者Chuwa Tei[4]在研究中发现心室收缩功能不全时，等容收缩期（ICT）延长，心室射血时间（ET）缩短；舒张功能不全时，等容舒张期（IRT）延长，ET缩短；由于心室收缩功能与舒张功能不全往往同时存在，ICT与IRT之和与ET的比值有可能反映心室的整体功能变化（包括收缩功能和舒张功能）。由于房室瓣血流A峰与下一心动周期E峰间的时间间隔减去半月瓣射血时间即为ICT与IRT之和，MPI可以利用公式MPI=（ICT+IRT）/ET计算。

朱善良等[5]以25例功能性单心室患儿为研究对象，测得单心室患者 MPI为 0.446±0.099，正常儿童左心室 MPI为0.292±0.045，单心室患者的MPI明显高于正常儿童，单心室患儿的MPI与心导管测定的单心室最大峰值压力变化率Max（dp/dt）呈显著负相关（r=-0.820，P<0.01），与患儿年龄呈正相关（r=0.519，P<0.01），表明MPI可以比较准确地反映单心室患者的整体心功能；单心室患者存在一定程度的心功能不全，且随年龄增长，心功能有恶化趋势。Zhang等[6]对161例单心室患儿的研究发现，单心室患者的MPI明显高于正常儿童，左室型、右室型、不定型间的MPI差异无显著性意义（P>0.05），48例 6岁前行腔肺分流术的患者 MPI为 0.480±0.180，明显低于手术前的 0.550±0.210（P<0.01），提示不同类型单心室间心功能状况无差异，早期手术可以改善单心室患者的心功能。而Atz等[7]研究则表明不同合并畸形的单心室间腔肺分流术后心功能间无明显差异。

应用MPI估测心功能存在以下问题：①IRT与ICT受多种血流动力学因素的影响，如心率、血压、瓣膜返流、心脏前负荷等，影响其准确性；②只能评价心室的整体功能，不能区分舒张或收缩功能不全；③心律失常患者不能应用；④是否能够反映心功能不全的程度尚存在争议。

1.2 三维超声心动图（3DE）

临床上常用射血分数、缩短分数等指标来评价心室的收缩功能，但心腔容量的计算依赖心室的几何形态假设。单心室患者的心腔形态极不规则，再加上残余心腔存在，常用的容积相关指标测定困难，准确性较差[8]。3DE技术克服了二维平面显像的限制，无需几何学假设，有可能准确估测单心室患者的心腔容量及心功能[9]。

Altmann等[10]研究了12例左室型单心室患儿，分别用二维及三维超声方法测量心室容量、射血分数、心肌质量并与磁共振测值相比较，发现运用三维超声所测的射血分数（误差4.4%±5.3%）比二维超声所得值（误差8.5%±10.3%）更接近MRI测值。然而，由于三维超声技术采样需要笨重的设备，重构花费时间长，容易造成图像移位，估测的准确性较差，临床应用困难。

近年来，实时三维超声心动图（RT-3DE）技术发展较快，可以在数秒内获得心脏动态立体结构，进而计算各项心功能指标；由于采样时间短，重复性好，使临床应用成为可能。Sorinao等[11]应用3DE对29例患者进行研究，27例获得满意的3DE图像进行分析，3DE估测的单心室收缩末期容量、心室质量及射血分数，与MRI测值高度相关，表明3DE为评价单心室的心腔大小及功能提供了一个新方法。

但是，RT-3DE亦有其局限性，全容积成像过程中，受检者的呼吸或身体移位易造成图像重组处的错位；其“瓜瓣样”视角无法包含过度增大的单心室主心腔及残余心腔；RT-3DE应用的探头仍较大，难以透过小婴儿的肋间隙进行采样。

1.3 组织多普勒成像（TDI）

TDI以心内膜的运动或者室壁的增厚为基础，通过滤掉高速低振幅的血流运动信号、放大低速高振幅的的心肌运动信号并以彩色亮度阶差显示心肌运动的速度。高速的脉冲波心肌组织多普勒成像能实时、定量地测量心肌运动速度，测量沿心脏长轴方向的房室瓣环运动速度可以反映心室的收缩和舒张功能。

Bassareo等[12]对16例单心室患者进行研究，应用TDI技术测量12个不同心肌节段的TDI指标，结果发现单心室患者的心肌最大收缩期速度（S）、E′/A′明显下降， ICT、IRT 明显延长，提示单心室患者存在一定程度的收缩及舒张心功能不全，而TDI技术可以克服传统超声技术的缺陷，比较好地反映单心室患者Fontan术后的心功能变化。

Abdul-Khaliq等[13]应用TDI技术研究21例功能性单心室患者，发现残余心腔前壁运动速度较后壁显著减弱，残腔的环向收缩及舒张功能及其加速、减速时间均明显低于正常对照组。朱善良等[14]研究了23例功能性单心室患儿，发现单心室腔肺分流术后两侧壁房室瓣环运动速度Sm、Em、Am均较术前显著降低，而Em/Am比值、Q-Sm间期无显著变化。Vitarelli等[15]分组研究了24例Fontan术后患者，发现未表现出收缩功能不全的Fontan术后患者收缩速度不变而节段及瓣环的舒张早期速度减慢，说明充盈不足。

TDI技术受声束方向与室壁运动方向夹角的影响，受帧频高低的影响，若声束与室壁间夹角较大，引起的误差将较大；若图像质量较差，误差也较大。

1.4 斑点追踪显像（Speckle tracking imaging，STI）

STI是以二维灰阶图像为基础，在室壁中选取一定范围的感兴趣区，在每个心动周期，分析软件根据组织灰阶自动追踪感兴趣区内心肌组织的信号，并与上一帧图像相比较，计算整个感兴趣区内各节段心肌形变程度。由于斑点追踪技术克服了传统的组织多普勒技术的缺点，不受声束方向与室壁运动方向夹角的影响，不受帧频的影响，有可能更加准确地反映心肌的形变情况。

Moiduddin等[16]对13例行Fontan术后及13名年龄匹配的正常儿童进行研究，结果发现单心室患者右心室6个节段的应变明显低于对照组，右心室游离壁基底段的应变率及位移明显低于正常人，右心室各节段的收缩活动不同步，提示单心室患者存在一定程度的心功能不全，存在心脏收缩活动不同步，STI可以反映右室型单心室患者术后的心功能变化。

Chen等[17]研究认为，任何室壁运动都是一个三维立体的空间运动，而过去提出的应变率成像（SRI）及STI仅在一维或二维空间反映心肌的形变，不能完全反映心肌的空间位置变化，具有一定的局限性；只有三维应变成像才可能准确反映心肌的节段运动。

2 根据核磁共振技术进行估测

核磁共振对心腔内结构的分辨率较高，通过三维重构可以比较准确地测定心腔的容量，进而计算射血分数，具有准确性高、不依赖心腔的几何形态、无放射性等优点，有可能比较准确地估测单心室患者的心功能指标[18]。

钟玉敏等[19]对53例单心室患者进行研究，应用核磁共振技术评估其射血分数，并与心血管造影估测的射血分数进行对比分析，结果发现二者间高度相关，两者间无显著性差异，证明了MRI估测单心室患者心功能的可行性。

Truong等[20]首次应用核磁共振中的速度向量成像技术，对38例Fontan术后的单心室患者的主心腔进行分析，并与14例正常儿童及成人进行对照，结果发现单心室患者的心尖部旋转角度明显低于正常人，单心室术后患者单心室腔的应变明显下降，提示单心室术后患者存在一定程度的节段性心功能障碍。

目前评估单心室患者心功能的方法，有的影响因素较多，有的处于研究阶段，临床应用受限；今后应继续寻找影响因素少，适用范围广的新指标。

[1]Goldstein BH,Connor CE,Gooding L,et al.Relation of systemic venous return,pulmonary vascular resistance,and diastolic dysfunction to exercise capacity in patients with single ventricle receiving fontan palliation[J].Am J Cardiol,2010,105(8):1169-1175.

[2]Donofrio MT,Jacobs ML,Spray TL,et al.Acute changes in preload,afterload,and systolic function after superior cavopulmonary connection[J].Ann Thorac Surg,1998,65(2):503-508.

[3]Banka P,McElhinney DB,Bacha EA,et al.What is the Clinical Utility of Routine Cardiac Catheterization Before a Fontan Operation？[J].Pediatr Cardiol,2010,31(7):977-985.

[4]Tei C.New noninvasive index for combined systolic and diastolic ventricular function[J].J Cardiol,1995,26(2):135-136.

[5]朱善良，陈树宝，孙锟，等.心肌工作指数在评价单心室心功能中的价值[J]. 医学影像学杂志，2004，14（11）：893-896.

[6]Zhang YQ,Sun K,Zhu SL,et al.Doppler myocardial performance index in assessment of ventricular function in children with single ventricles[J].World J Pediatr,2008,4(2):109-113.

[7]Atz AM,Cohen MS,Sleeper LA,et al.Functional state of patients with heterotaxy syndrome following the Fontan operation[J].Cardiol Young,2007,17(Suppl 2):44-53.

[8]Margossian R,Schwartz ML,Prakash A,et al.Comparison of echocardiographic and cardiac magnetic resonance imaging measurements of functional single ventricular volumes,mass,and ejection fraction(from the Pediatric Heart Network Fontan Cross-Sectional Study)[J].Am J Cardiol,2009,104(3):419-428.

[9]Chuang ML,Hibberd MG,Salton CJ,et al.Importance of imaging method over imaging modality in noninvasive determination of left ventricular volumes and ejection fraction:assessment by twoand three-dimensional echocardiography and magnetic resonance imaging[J].J Am Coll Cardiol,2000,35(2):477-484.

[10]Altmann K,Shen ZQ,Boxt LM,et al.Comparison of Three-Dimensional Echocardiographic assessment of volume,mass,and function in children with functionally single left ventricles with Two-Dimensional Echocardiography and Magnetic Resonance Imaging[J].Am J Cardiol,1997,80(8):1060-1065.

[11]Soriano BD,Hoch M,Ithuralde A,et al.Matrix-array 3-dimensional echocardiographic assessment of volumes,mass,and ejection fraction in young pediatric patients with a functional single ventricle:a comparison study with cardiac magnetic resonance[J].Circulation,2008,117(14):1842-1848.

[12]Bassareo PP,Tumbarello R,Piras A,et al.Evaluation of regional myocardial function by Doppler tissue imaging in univentricular heart after successful Fontan repair[J].Echocardiography,2010,27(6):702-708.

[13]Abdul-Khaliq H,Schmitt B,Rentzsch A,et al.Evaluation of abnormal myocardial wall motions in patients with univentricular heart by tissue Doppler echocardiography[J].Z Kardiol,2003,92(4):319-325.

[14]朱善良，陈树宝，孙锟，等.腔-肺分流术对单心室长轴运动的影响[J]. 医学影像学杂志，2006，16（12）：1256-1259.

[15]Vitarelli A,Conde Y,Cimino E,et al.Quantitative assessment of systolic and diastolic ventricular function with tissue Doppler imaging after Fontan type of operation[J].Int J Cardiol,2005,102(1):61-69.

[16]Moiduddin N,Texter KM,Zaidi AN,et al.Two-dimensional speckle strain and dyssynchrony in single right ventricles versus normal right ventricles[J].J Am Soc Echocardiogr,2010,23(6):673-679.

[17]Chen X,Xie H,Erkamp R,et al.3-D correlation-based speckle tracking[J].Ultras Imaging,2005,27(1):21-36.

[18]Brown DW,Gauvreau K,Powell AJ,et al.Cardiac magnetic resonance versus routine cardiac catheterization before bidirectional glenn anastomosis in infants with functional single ventricle:a prospective randomized trial[J].Circulation,2007,116(23):2718-2725.

[19]钟玉敏，朱铭，孙爱敏，等.磁共振在单心室心功能检测中的应用[J]. 中国医学影像技术，2009，25（2）：185-187.

[20]Truong UT,Li X,Broberg CS,et al.Significance of mechanical alterations in single ventricle patients on twisting and circumferential strain as determined by analysis of strain from gradient cine magnetic resonance imaging sequences[J].Am J Cardiol,2010,105(10):1465-1469.